Толщина стенки корпуса определялась по формуле
Расчетное
аналитическое значение (
МПа)
определилось из условия сохранения
устойчивости и составилоS=11,8
мм.
Запас устойчивости
при этой толщине из аналитического
расчета после уточняющих итераций
составил
.
Расчет в модуле
Structure
3D
показал немного большее значение
(
).
Расчет на устойчивость
с учетом фланца (рисунок 1) в модуле
Structure
3D
показал увеличение запаса устойчивости
с
до
.
Введение в корпус
люка повысило коэффициент запаса до
.
(nкэ=
2000) (рисунок 7).
Рисунок 7. Запас устойчивости корпуса аппарата, определённый с учётом присутствия фланца и люка ( S=11,8 , Pнар =0,4 МПа ).
4.4 Расчет краевых напряжений в корпусе аппарата
При воздействии внутреннего избыточного давления напряжение в обечайке по безмоментной теории Лапласа определилось по формуле
и составило 68,2 МПа. Расчет напряжений в модуле Structure 3D при тех же параметрах геометрии и нагружения показал в средней части обечайки те же напряжения 60 … 70 МПа (рисунки 8, 9). Достоинством численного метода Structure 3D является возможность определения краевых напряжений в зоне перехода цилиндрической обечайки в коническое днище и эллиптическое днище. На
Рисунок 8. Карта распределения напряжений в корпусе аппарата постоянной толщины S=11,8 мм (Pвн=0,8 МПа)
Рисунок 9. Карта распределения напряжений в корпусе аппарата с утолщенным участком в месте соединения конического днища и цилиндрической обечайки до S’=25 мм.
рисунке 10а показана эпюра изменения напряжений по меридианальной координате аппарата. Если в середине обечайки напряжения в два раза меньше допустимых, равных ~ 123 МПа, то в зоне перехода цилиндра в
конус они намного превышают допустимые и достигают ~ 200 МПа (рисунки 8, 10а). Для уменьшения краевых напряжений сделан утолщенный участок перехода от конуса к цилиндру (рисунок 10б) [2]. В данном расчете толщина переходного участка составила 25 мм. Расчеты показали снижение напряжений в зоне перехода цилиндра в конус с 200 МПа до 20 … 30 МПа. (эпюра на рисунке 10б).
Рисунок 10. – Эпюры напряжений по меридианальной координате корпуса постоянной толщины S(а) и с утолщением в зоне соединения обечайки с конусом (б).
Исследование влияния условий закрепления в опорах-лапах, показало, что жесткая заделка вызывает повышенные напряжения в этих зонах. Концентрация напряжений значительно уменьшается если в опорах-лапах обеспечено шарнирно-подвижное опирание.
4.5. Определение собственных частот свободных колебаний корпуса аппарата
Знание собственных частот свободных колебаний необходимо для исключения их возможного совпадения с рабочей частотой так как при этом могут возникнуть резонансные явления.
Расчеты показали диапазон изменения собственных частот свободных колебаний (рисунок 11) в пределах, v=9,65…150 Гц.
При аналитическом расчете частоты свободных колебаний требуется большие затраты рабочего времени инженера. При этом не учитывается переменная геометрия аппаратов.
Рисунок 11. Таблица собственных частот корпуса аппарата с фланцем и люком.
Частота возмущающих сил неуравновешенных масс мешалки составляет
vв=n/60=50/60=0,833Гц
vв<<vmin=9,65Гц.
Отсутствие резонансных явлений обеспечивается.